系统发育分析完整版.pdf

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1、FujianAgricultureandForestryUniversity生物信息学课程系统发育分析PhylogeneticAnalysisRAINDYOK@QQ.COM2016.05要求会根据序列特征选择建树方法掌握常见建树方法的规范操作•NJ法（MEGA）•ML法（MEGA、RaxmlGUI）•BI法（Mrbayes）本章纲要Part1.Whatisphylogeneticanalysis？Part2.Whydoweperformphylogeneticanalysis？Part3.Howto

2、performphylogeneticanalysis？01PARTONEWhatisphylogeneticanalysis？系统发育的定义系统发育（Phylogeny），也叫系统发生，是指任何实体（基因、个体、种群、物种等）的起源和演化关系。将进化论的原理拓展到DNA水平和蛋白质序列水平，通过多重序列比对，研究一组相关的基因或蛋白质，推断和评估不同基因间的进化关系，其中包括分子进化（基因树）和物种进化（物种树）。多重序列比对重建系统发育树（最大似然法）基因树与物种树的区别基因树是根据DNA或蛋白质序

3、列数据构建的系统树；物种树是表达生物类群进化路径的系统树。两者存在差异：•来自两不同物种的两个基因的分化时间可能早于物种的分化；•基因树的拓扑结构可能与物种树不完全一致相似性与同源性的区别相似性将待研究序列与已知DNA或蛋白质序列库进行比较，找出与此序列相似的已知序列，反映是一种直接的数量关系；常用的程序如BLAST、FASTA、DotPlot等。同源性是指从一些数据中推断出的两个基因或蛋白质序列具有共同祖先的结论，属于质的判断。同源性分析中常常要通过多重序列比对来找出序列之间的相互关系，常用的程序，如

4、Clustal-Alignment等。建树方法邻接法（Neighbor-Joining,NJ）最大似然法（MaximumLikelihood,ML）最大简约法（MaximumParsimony,MP）贝叶斯法（Bayesianinference,BI）邻接法（Neighbor-Joining,NJ）特点：NJ法是基于最小进化原理经常被使用的一种算法，它构建的树相对准确，假设少，计算速度快，只得一颗树。缺点：序列上的所有位点等同对待，且所分析的序列的进化距离不能太大。适用：进化距离不大，信息

5、位点少的短序列。123最大似然法（MaximumLikehood,ML）原理：将每个位点所有可能出现的残基替换概率进行累加，产生特定位点的似然值，对所有可能的系统发育树都计算似然函数，似然函数值最大的那颗树即最可能的系统发育树。优点：在进化模型确定的情况下，ML法是与进化事实吻合最好的建树算法。缺点：计算强度非常大，极为耗时。最大简约法（MaximumParsimony,MP）特点：基于进化过程中碱基替代数目最少这一假说。缺点：推测的树不是唯一的，变异大的序列可能会导致建树错误。适用：序列残

6、基差别小，具有近似变异率，包含信息位点比较多的长序列。1234信息位点：在两个及以上分类单元（的序列）中存在差异，且其中至少有两种变异类型在该位点出现两次及以上。序列位点及性状Pos123456789Seq1AAGAGTGCAseq2AGCCGTGCGseq3AGATATCCAseq4AGAGATCCG请找出下面序列的信息位点点击这里查看信息位点注：.表示与Consensus（一致序列）中的碱基相同；贝叶斯法（Bayesianinference,BI）特点：基于进化模型的统计推论法，具有完整而坚实的数

7、学和统计学基础，可以处理复杂而接近实际情况的进化模型，可以将现有的系统发育知识整合或体现在先验概率中，通过后验概率直观反映出各分支的可靠性而不需要通过自举法检验。缺点：对进化模型比较敏感，BI法中指定的每个氨基酸的后验概率建立在许多假说条件下，在现实中可能不成立。适用：大或复杂的数据集。02PARTTWOWhydoweperformphylogeneticanalysis？Findevolutionarytiesbetweenorganisms(Analyzechangesoccurringind

8、ifferentorganismsduringevolution)Find(understand)relationshipsbetweenanancestralsequenceanditdescendants(Evolutionoffamilyofsequences)EstimatetimeofdivergencebetweenagroupoforganismsthatshareacommonancestorAnotherfieldbu